等离子弧切割系统智能控制策略研究

等离子弧切割系统智能控制策略研究

论文摘要

生产力的进步从根本上取决于科技理论的突破与创新。近些年来,我国在机械加工、微电子工业、电气装配、电力电子等科技领域取得了极为丰硕的科研成果。作为电力电子技术与材料物理学相结合的产物,同时也作为世界上最主要的三种热切割技术之一,等离子弧切割技术已经进入了算法革命的时代,即在原有硬件平台的基础上,能否寻求最理想的控制策略,成为了能否提高设备质量的关键。本文采用PID-NN作为非线性拟合工具,以切割电流作为中介,对切割工艺参数与切割质量之间的动态关系进行了数据拟合,在线寻求最优的切割电流设定值,打破了恒流闭环PID调节式结构,大大提高了切割精度。对模糊控制器进行了结构优化,用增益因子,变间距模糊量化等手段提升模糊控制器的稳态控制能力,同时用切换的思想实现了模糊控制器和PID调节的优势融合,使系统在快速的跟随性的前提下获得了更高的稳态精度,完全克服了非线性电力系统所具有的建模难,扰动大的问题,使切割质量和整机性能都得到了根本上的提高。另外,本文通过追踪开关动作下系统参数运动轨迹,结合执行机构控制特点及系统控制要求,以MATLAB作为仿真平台,搭建出能够有效模拟等离子弧切割过程的仿真模型,模型考虑了运动控制系统具有的随机性负载扰动,开关动作等特点,能够验证系统的动态及静态性能,从鲁棒性,稳定性等多个角度论证了算法的可行性。同时为同类系统提供了有效地验证工具。本文在理论分析及仿真验证的基础上,结合硬件实验平台对系统性能进行了综合测试,论证了控制策略的可行性,并对实验现象进行了合理的解释,证明了所设计控制策略的可行性及优越性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及研究目的
  • 1.1.1 课题研究背景
  • 1.1.2 研究目的及意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 国外研究现状
  • 1.2.2 国内研究现状
  • 1.2.3 发展趋势
  • 1.3 主要研究内容
  • 第2章 工艺分析与控制器结构设计
  • 2.1 系统原理及工艺分析
  • 2.2 控制器结构设计
  • 2.2.1 控制器结构框架
  • 2.2.2 多变量综合运算单元
  • 2.2.3 模糊控制策略设计
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 控制器参数设计与仿真模型搭建
  • 3.1 控制器参数设计
  • 3.1.1 PID-NN 训练数据获取
  • 3.1.2 PID-NN 网络参数确定
  • 3.1.3 变间距模糊量化与增益因子设定
  • 3.1.4 模糊规则建立
  • 3.2 受控对象建模
  • 3.2.1 执行机构建模
  • 3.2.2 负载及功率单元建模
  • 3.3 控制器仿真模型建立
  • 3.3.1 PID 神经网络建模
  • 3.3.2 模糊控制器建模
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 系统仿真与实验研究
  • 4.1 系统仿真研究
  • 4.1.1 系统响应测试
  • 4.1.2 系统稳态特性分析
  • 4.2 系统实验研究
  • 4.2.1 实验方案设计及测试方法
  • 4.2.2 质量测试结果及分析
  • 4.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢
  • 相关论文文献

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